文章导读
当光动力疗法因肿瘤缺氧而束手无策时，科学家如何突破这一致命瓶颈？西安交大团队创新设计出DTZP-PF₆⁻纳米单晶，首次实现缺氧环境下高效生成自由基，颠覆了传统光敏剂依赖氧气的局限。这种新型材料不仅能通过三维电子衍射精确解析分子结构，更在实验中成功激活免疫系统，让肿瘤细胞在常氧与缺氧条件下同步瓦解。这项发表于《美国化学会志》的突破性研究，为癌症治疗开启了精准光免疫治疗的全新维度。
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光免疫疗法因具有高时空分辨率、非侵入性和较小副作用等优点已经成为一种备受关注的肿瘤治疗策略。然而，传统光敏剂(PSs)通常依赖氧气生成单线态氧(1O₂)，在肿瘤缺氧环境中效果受限。因此，开发能够在缺氧条件下通过Ⅰ型光动力治疗 (PDT) 途径产生自由基(如·OH、O₂·⁻)的光敏材料，并有效增强肿瘤光诊疗过程中的免疫原性，对于癌症治疗而言具有重要意义。
有机单晶具有长程有序的分子排列、低缺陷等特性，其电荷传输性能显著优于非晶或多晶材料，在光致自由基生成方面具有巨大潜力。然而截至目前，传统单晶材料的尺寸达微米甚至厘米级，无法应用于生物诊疗领域。另一方面，有机纳米材料的化学结构和分子的堆积状态仍不明确，通常需借助微米级晶体进行推测，这给纳米材料的构效关系研究留下了巨大空白。值得注意的是，通过制备纳米单晶光敏剂，可同时实现原位结构表征并将其应用于光免疫诊疗研究，是连接基础结构研究与实际应用的关键环节之一。
图1.有机纳米单晶光敏剂的分子设计策略，包括对已报道光敏剂的分类、结构参数与氢键比例的相关性分析，以及新设计的DTZP-PF₆⁻的分子结构和性能对比
针对这一问题，西安交通大学化学学院孟令杰和党东锋与电子科学与工程学院徐谛明等人在分析已报道的有机光敏剂(PSs)后，提出了一种在光敏剂中提高氢键比例同时保持适当偶极矩的原则，以制备相应的纳米单晶(NSCs)。随后，设计了一种D-A⁺-D型光敏剂 DTZP-PF₆⁻，并通过晶种诱导策略成功制备出了高质量的 DTZP-PF₆⁻纳米单晶。经三维电子衍射(3D-ED)表征，在DTZP-PF₆⁻纳米单晶中观察到滑移角为66.93的H型分子堆积，这与溶剂蒸发法培养的常见微米级 DTZP-PF₆⁻晶体的堆积方式存在显著差异。此外，得益于无缺陷的晶体结构和高效的电荷分离，DTZP-PF₆⁻纳米单晶具有特异性的I型活性氧生成性能。这使得该纳米单晶在常氧和缺氧条件下均能通过线粒体氧化应激有效诱导焦亡和免疫原性细胞死亡，进而促进活性氧介导的光免疫治疗。最终，DTZP-PF₆⁻纳米单晶成功激活了抗肿瘤免疫，有效抑制了肿瘤生长。该研究为有机纳米单晶的设计、制备与表征提供了有效原则，同时有助于原位理解有机纳米材料的结构与堆积方式，这对研究其聚集态性能具有重要意义。
图2.DTZP-PF₆⁻ NSCs的制备过程、形貌、尺寸和元素分布，以及通过TEM图像动态监测晶体生长过程
图3.DTZP-PF₆⁻ NSCs抗肿瘤免疫诊疗效果
该工作以《阳离子纳米单晶：从原位结构测定到协同光免疫治疗》(Cationic Nano Single Crystals: From In Situ Structural Determination to Synergistic Photoimmunotherapy) 为题发表在化学顶级期刊《美国化学会志》 (Journal of the American Chemical Society) 上。文章第一作者是西安交通大学化学学院博士生张珮娟，西安交通大学化学学院党东锋教授和电信学部电子科学与工程学院徐谛明博士为论文共同通讯作者，西安交通大学化学学院为第一通讯单位。该工作得到国家自然科学基金区域创新发展联合基金、国家自然科学基金面上基金和西安交通大学青年拔尖人才支持计划的资助，也受到了西安交通大学分析测试中心的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c15153
教师主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/dongfengdang（党东锋）
https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/menglingjie （孟令杰）
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